물리학, 특히 핵물리학과 입자물리학에서 붕괴 방식(崩壞方式, decay mode)이란 불안정한 원자핵 또는 소립자가 더 안정한 상태로 전이하면서 붕괴하는 특정한 경로 또는 방식을 의미한다.
방사성 감쇠(핵종의 붕괴)는 해당 핵종을 다른 핵종으로 변화시키며, 방사성 감쇠에 대한 주요 붕괴 방식은 다음과 같다.
- 알파 붕괴(α 붕괴): 원자핵이 알파 입자(헬륨 원자핵, 2개의 양성자와 2개의 중성자)를 방출하여 질량수와 원자번호가 감소하는 과정.
- 베타 붕괴(β 붕괴): 중성자가 양성자로 변환되면서 전자(β⁻ 입자)와 반중성미자를 방출하거나, 양성자가 중성자로 변환되면서 양전자(β⁺ 입자)와 중성미자를 방출하는 과정.
- 감마 붕괴(γ 붕괴): 들뜬 상태의 원자핵이 바닥 상태로 전이하면서 고에너지 광자(감마선)를 방출하는 과정. 이 과정은 핵종 자체를 다른 핵종으로 변화시키지는 않는다.
- 내부 전환(internal conversion): 들뜬 상태의 원자핵이 감마선을 방출하는 대신, 그 에너지를 원자 내부 전자에 직접 전달하여 전자를 방출하는 과정. 이 역시 핵종을 변화시키지 않는다.
- 자발 핵분열(spontaneous fission): 무거운 원자핵이 외부의 자극 없이 스스로 두 개 이상의 가벼운 원자핵으로 분열하는 과정.
일반적으로 하나의 핵종에서 하나의 붕괴 방식이 주를 이루지만, 여러 방식이 동시에 가능한 경우도 있다. 이때 각 붕괴 방식이 발생하는 비율을 나타내기 위해 갈래비(branching ratio) 가 사용된다.
붕괴는 때로 원자핵을 들뜬 상태에 놓이게 하기도 한다. 이러한 들뜬 상태가 비교적 오래 유지될 경우 이성질핵(isomer)이라고 부른다. 이성질핵은 일반적으로 해당 핵종의 바닥 상태로 붕괴하지만, 이 과정은 이성질핵 전이(isomeric transition)라고 불리며, 핵종을 다른 핵종으로 변화시키지 않는다는 점에서 위의 방사성 감쇠 과정과 구별된다.
붕괴 방식의 개념은 방사성 동위원소의 특성 규명, 핵반응 연구, 입자물리학에서의 불안정 입자 분석, 그리고 의료용 방사성 동위원소 개발 등 다양한 분야에서 활용된다.
